Thủ phạm biến vật rắn thành lỏng, làm đắm tàu chở hàng

Hiện tượng hóa lỏng có thể làm tàu nghiêng trên mặt nước, dẫn tới đắm tàu. (Ảnh: Elias Marine.)

Hàng hóa dạng hạt như quặng nghiền và cát gây ra hàng loạt vụ đắm tàu mỗi năm, theo BBC. Trung bình, 10 chiếc tàu chở hàng rời rắn mất tích trên biển hàng năm trong thập kỷ qua. Hàng rời rắn được định nghĩa là những vật liệu dạng hạt đổ trực tiếp vào khoang chở hàng của tàu. Chúng có khả năng chuyển bất ngờ từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng trong quá trình hóa lỏng (liquefaction). Điều này có thể trở thành thảm họa đối với tàu chở hàng và thủy thủ đoàn.

Các nhà khoa học đã khám phá bản chất vật lý của quá trình hóa lỏng vật liệu dạng hạt từ điều tra địa kỹ thuật và kỹ thuật động đất. Sự rung lắc dữ dội của nền đất khiến áp suất lên nước ngầm gia tăng đến độ khiến đất hóa lỏng. Dù chúng ta hiểu rõ hiện tượng này và có những hướng dẫn nhằm ngăn chặn hiện tượng xảy ra, quá trình hóa lỏng vẫn làm chìm tàu, kéo theo sinh mạng của thủy thủ đoàn.

Hàng rời rắn thường là vật liệu "hai pha", chứa nước giữa các hạt cứng. Khi hạt cứng va chạm vào nhau, ma sát giữa chúng làm vật liệu biểu hiện giống như chất rắn dù chứa nước. Nhưng khi áp suất nước tăng lên, lực tác động giữa các hạt giảm và độ cứng của vật liệu giảm theo. Khi ma sát bị triệt tiêu, vật liệu biểu hiện giống như chất lỏng dù chứa hạt cứng.

Hàng rời rắn chất đống trên bãi đất cạnh bến cảng có thể hóa lỏng khi chất lên tàu do áp suất nước giữa các hạt tích tụ. Điều này đặc biệt dễ xảy ra nếu hàng hóa được vận chuyển bằng băng chuyền từ bãi đất vào khoang chứa và đổ xuống từ độ cao lớn. Sự rung lắc từ động cơ tàu và tác động của sóng biển trong suốt hành trình cũng có thể làm tăng áp suất nước, dẫn tới quá trình hóa lỏng hàng hóa.

Khi hàng hóa rời rắn hóa lỏng, nó có thể xê dịch hoặc bắn văng bên trong khoang chứa, làm con tàu trở nên kém ổn định hơn. Hàng hóa hóa lỏng có thể dịch chuyển hoàn toàn về một bên của khoang chứa. Nếu hàng hóa cứng trở lại và chuyển về trạng thái rắn, nó vẫn ở nguyên vị trí xê dịch, khiến tàu bị nghiêng trên mặt nước. Hàng hóa có thể tiếp tục hóa lỏng và dịch chuyển ra xa hơn, tăng thêm góc nghiêng.

Tới một lúc nào đó, góc nghiêng trở nên lớn tới mức tạo điều kiện cho nước tràn vào thân tàu qua nắp miệng khoang hàng, hoặc tàu không còn ổn định đủ để trụ vững trước sóng vỗ. Nếu thủy thủ đoàn không áp dụng biện pháp để ngăn chặn hàng hóa xê dịch, con tàu có nguy cơ chìm.

Các cảm biến ở khoang chứa hàng của tàu có thể theo dõi áp suất nước của hàng rời cứng. Sử dụng laser theo dõi bề mặt hàng hóa cũng giúp xác định sự xê dịch vị trí. Thách thức hiện nay là phát triển một công nghệ giá rẻ, lắp đặt nhanh và đủ chắc chắn để chịu được quá trình bốc dỡ hàng. Nếu khắc phục được thách thức này, kết hợp dữ liệu về áp suất nước và sự xê dịch của hàng hóa với thông tin thời tiết và chuyển động của tàu, chúng ta có thể phát cảnh báo theo thời gian thực ngay lúc hàng hóa sắp hóa lỏng.

Khi đó, thủy thủ đoàn có thể áp dụng biện pháp ngăn chặn áp suất nước ở hàng hóa tăng lên quá nhiều, chẳng hạn rút nước khỏi khoang chứa hàng (để giảm áp suất nước) hoặc thay đổi lộ trình tàu nhằm tránh thời tiết xấu (để giảm bớt chuyển động lắc lư). Nếu không thể ngăn chặn hiện tượng, ít nhất họ sẽ kịp thời sơ tán khỏi tàu.